光纤——新技术革命的生力军 [复制链接]

第7版()
专栏：科技漫谈

光纤——新技术革命的生力军
李亨
科学的发展使人们产生许多美好的幻想，而幻想的实现又推动着科学进一步向前发展。试想，如果能用一条线路同时传递亿万路电话或几万路彩色电视，那么“打电话”难的问题就会变成历史陈迹了。如果坐在家里可以直接与电视中心联系，点播自己喜爱的电视节目，甚至还可以参加到电视节目中去，那么人们的文化生活将更加充满情趣。如果能使伸手不见五指的地下实验室、矿井及深水海底透进绚丽柔和的阳光，那么人类的生活和工作环境就将大为改观。在过去，这些似乎都是幻想，然而到了今天，在现代技术面前，却都是可以实现的。它们的实现与光导纤维技术的发展紧密相关。光导纤维技术是研究与应用光学纤维来传递光、信息和图象的一门科学。随着技术革命的发展，近年来许多国家已形成崭新的现代光学技术。
许多重大的变革往往来源于对平凡事物的观察。早在十九世纪七十年代，人们就发现光线能沿着酒桶中冒出的细酒流传播。这个普通的事实正是反映了现代光纤技术的理论基础。当光从细的电介质棒的一端以一定角度入射时，由于电介质与空气折射率之差，使光在棒与空气的界面上能反复进行全反射而向前传播。正是根据这一原理，在本世纪五十年代就已制造出光学纤维，但光纤技术的迅猛发展，还是七十年代以后的事情。
环视地球，漫山遍野最丰富的一种物质就是石英。仅用四十克的石英就可以生产一公里长的光纤。世界上光纤生产能力最大的厂家是美国西方电气公司，年产光纤约四十万公里。光纤的主要特点是损耗低，频带宽，线径细，可绕性好，抗干扰，它有着广泛的用途。
信息传输是现代社会活动的主要支柱之一，当前光纤的主要研究方向正集中在这方面。从八十年代开始，光纤通讯已在世界范围进入大规模应用阶段。日本、美国以及西欧一些国家已宣布今后不再用同轴电缆而直接采用光缆进行通讯。目前的技术水平已达到在一根光缆中可容纳四千根光纤，而外径只有八十五毫米。石英光纤最低损耗在一点五五微米波段已达每公里零点一六分贝，这相当于可以一眼看到最深海底的透明度。最大传输容量已相当于二万三千路电话，或每秒传递二亿个文字。今天的光纤信息传输形式基本上依赖于电子技术，随着信息社会的发展，要求实现大容量、长距离、双向通讯的第二代、第三代光纤传输技术，例如以集成光学技术为基础的“全光通讯系统”。
在其它领域，光纤也有着广泛的用途。在本世纪七十年代末，光纤传感器技术飞速发展。大自然把人的身长一般限制在两米以内，使人们仰观太空则太小，俯视原子又太大，于是人们只能依靠各种传感器去认识宏观和微观世界。光纤传感器与传统的传感器大相异趣，它的“传”的部分和“感”的部分同为一根光纤，不象一般传感器那样要变换各种物理量，而只是通过光的各种变化进行传感。光纤在医学上应用的历史较久，现在的光纤内窥镜可导入心脏和脑室，利用光纤连接的激光手术刀已在临床应用于切除肝、胃和肾切开等手术，不需进行血管缝扎。光纤与各种光源结合可用于铁路、公路、隧道、机场、商业广告、家庭装饰等场所，使我们的生活更加丰富多彩。
世界先进的现代光学技术已不再是仅仅用于制造观测仪器的行业，而是与激光、全息、光通讯、光电子、光存储等先进技术密切结合的一个蓬勃发展的科技领域，光导纤维技术则是其中的一支年青的生力军。